专利名称：磁性元件温度传感器的制作方法
技术领域：
本发明宽泛地涉及磁性元件温度传感器、使用这种传感器的检测器、利用 这种传感器和检测器无线地确定物体温度并控制物体温度的闭环加热系统以 及相应的方法。更具体地讲，本发明涉及由至少一个易磁化的传感器元件构成 的温度传感器，较佳地，这种传感器由非晶或纳米晶体金属构成并且在所加的 交变磁场的影响下具有重新磁化响应，这种重新磁化响应在至少一个设置点温 度(比如传感器元件的居里温度)之下或之上是不同的。这些温度传感器可以 与用于温度检测的相关检测器一起使用，并且作为闭环加热系统的一部分。
背景技术：
在市场上，可无线地读取的温度传感器有各种各样的应用。这些应用包括 检测并报告家畜的内部温度以及作为闭环温度反馈系统的一部分，这种闭环温 度反馈系统允许磁感应加热器精确地控制绝热食物递送盒的温度。美国专利 5,954,984、 6,232,585、 6,320,169和6,953,919揭示了许多这样的应用。
许多这样的应用目前使用的是射频标识(RFID)温度检测系统。这些RFID 温度检测系统包括RFID读取器及其相关的RFID "标签"，由此该标签具有某 一类型的温度传感器并且以之为其电路的一部分。
这些现有的RFID系统往往因标签成本的缘故而相对较贵，并且在超过125 。C时就无法连续工作了。此外，它们在金属或其它导电材料附近无法发送信息，
9特别是当RFID标签被嵌入导电材料之内的时候。
磁性元件标记(或"标签")常常被用作电子物件监视(EAS)系统或 其它验证系统的一部分。这些标记或标签是无源的，通常比RFID标签要小且 更便宜，并且可以在高温下工作，还可以采用某些形式将其信息无线地发送给 检测器，即使是在被嵌入导体中的时候。
例如，美国专利4，484，184揭示了由软磁非晶合金条带制成的EAS标记或
标签。这些条带的成分由表达式MaNbOeXdYeZf构成，其中M是铁和钴中的至少
一种，N是镍，O是铬和钼中的至少一种，X是硼和磷中的至少一种，Y是硅，Z 是碳，"a"-"r是原子百分比，a大约介于35-85之间，b大约介于0-45之间，c大约 介于0-7之间，d大约介于5-22之间，e大约介于0-15之间，f大约介于0-2之间， 并且d+e+f之和大约介于15-25之间。上述标记条带能够按一些频率产生场扰动， 这些频率是场发射器所产生的入射交变磁场的频率的谐波。安排一检测装置， 来检测在询问区域附近因其内存在标记而产生的谐波的选定音调的磁场扰动。 上述标记产生谐波的过程是由该标记对入射磁场具有非线性磁化响应而导致 的。
本领域需要一种利用小巧且便宜的温度检测元件的无线温度检测系统， 这种系统可以在超过125'C的温度下连续地工作并且即使在金属或其它导电材 料附近也能够发送信息。此外，如果这种改进的温度检测元件能够携带与传感 器自身有关的预定数据或者携带与待测温度的物体有关的预定数据(比如物体 的身份、物体特征、或加热指令)，则将更为有利。最后，如果这种检测元件 可以被用作闭环反馈加热系统的一部分从而能够控制加热设备的输出并由此 控制物体的温度，则将会实现许多优点。
发明内容
本发明提供一种全新类型的温度传感器、温度检测方法和闭环加热系 统。在发现通过使用磁性温度检测元件就可以获得可靠的温度检测时，就预计 到本发明，其中每一个磁性温度检测元件在所加的交变磁场的影响下都具有特 征性的重新磁化响应，这些响应对温度很敏感并且可以很容易地被监控。更具体地讲，较佳的传感器被配置成与物体热接触以便检测其温度，并 且包括至少一个易磁化的传感器元件，它在所加的交变磁场的影响下具有重新 磁化响应，这种重新磁化响应是由至少一个很短的可检测的磁场扰动脉冲来定 义的，这种磁场扰动脉冲具有已定义的很短的持续时间，这种重新磁化响应在 至少一个设置点温度之下和之上是不同的。较佳地，该设置点温度是传感器元 件的居里温度或接近该居里温度的温度(通常在大约25'C以内)。在大多数应
用中，该设置点温度大约低于40(TC。
当这种温度传感器元件与待测温度的物体热接触并且向该传感器元件施 加足够大的交变磁场以引发期望的重新磁化响应时，该传感器元件就以"温度开 关"的方式操作。即，当物体低于该传感器元件的设置点温度时，就观察到来自
该传感器元件的重新磁化响应；当物体温度达到或超过设置点温度时，要么观 察不到重新磁化响应，要么该响应发生变化。
通常，本发明的温度传感器利用多个传感器元件，每一个传感器元件都 具有与其它传感器元件不同的设置点温度。较佳地，这些传感器元件被设计成 具有连续不同的设置点温度，这些连续不同的设置点温度从最低变换到最高并 且遵照一种至少稍微均匀的方式，使得可以在与温度传感器的设计相对应的温 度范围中监控物体的温度。在这种情况下，相邻设置点之间的差异的大小定义 了温度传感器的分辨率。
为了最有效地利用本发明的温度传感器，还利用了与传感器元件相关的 检测器。这种检测器通常具有一种用于产生足够大的交变磁场以询问这些传感 器元件(即，基于物体的温度引发传感器元件的重新磁化响应)的设备以及用 于检测这种响应的设备。事实上，这种检测器具有磁场产生线圈以及磁场接收 线圈，它们都耦合到信号处理单元。在使用过程中，检测器产生必需的交变磁 场，并且磁场接收线圈检测传感器元件的重新磁化响应，从而向信号处理单元 发出输出信号。信号处理单元最好采用数字微处理器的形式，并且使用一种用 于确定物体温度的解码算法。在较佳的形式中，解码算法包括一个或多个查询 表格，这些查询表格将传感器元件的重新磁化响应与物体温度关联起来。
易磁化的传感器元件最好形成非晶或纳米晶体状态的金属体。这种金属 体最好采用非常薄的细长导线或条带的形式，其最大横截面尺寸(比如直径)高达约100纳米，并且可以按各种方式来生产。金属体的一种特别适合的形式
是微丝(microwire)形式，它由内部金属芯和任选的外部玻璃涂层构成。这种 微丝可以通过公知的Taylor方法来生产或者作为水-浇非晶体。然而，在本发 明中不是必须要使用微丝，只要这些传感器包括必需的易磁化传感器元件就可 以。
在本发明的另一个方面中，提供了新的基于微丝的复合物或组合式微 丝。在这些结构中，通过已知居里温度的相邻的铁磁鞘，屏蔽了由细长金属体 构成的内部微丝，这防止或至少改变了相关微丝金属体在鞘的居里温度以下的 温度处(或在接近鞘的居里温度的己知温度处)的重新磁化响应。鞘可以围绕 着内部微丝，或者至少部分地设置在内部微丝附近且与之留有间隔。 一种特别 适合的复合物微丝包括最里面的易磁化的微丝体以及围在外面的玻璃套。该鞘 是管状的并且围绕着玻璃套，还具有围绕着该鞘的最外面的玻璃套。通过使用 修改的Taylor方法，可以很容易地生产这种复合物设计。具体地讲， 一对内玻 璃管和外玻璃管被套叠在一起，易磁化的金属位于该内管之内，铁磁鞘材料位 于该内管和外管之间。使这些部件熔化，并且迅速地拉伸，从而产生期望的复 合物结构。
在本发明的另一个方面中，提供了一种检测物体温度的方法。该方法宽 泛地包括放置温度传感器使其与所述物体热接触，所述传感器包括至少一个易 磁化的传感器元件，该传感器元件在所加的交变磁场的影响下具有重新磁化响 应，其中该重新磁化响应在至少一个设置点温度之下和之上是不同的。接下来， 在该传感器的区域中产生足够大的交变磁场，以引发该传感器元件的重新磁化 响应。于是，该传感器元件的重新磁化响应被检测到，并且被用于至少部分地 确定该微丝体的温度(并且因此确定该物体的温度)是在设置点温度之上还是 在设置点温度之下(例如，在温度确定过程中，其它信息也可以与检测到的重 新磁化响应一起使用)。
如上所述，该传感器一般具有多个易磁化的传感器元件，每一个传感器 元件在所加的交变磁场的影响下都具有不同的重新磁化响应，并且每一个重新 磁化响应在设置点温度之下和之上都是不同的，其中这些传感器元件的设置点温度是彼此不同的。在这种情况下，至少某些传感器元件的重新磁化响应被检 测到，并且被用于测量传感器元件的温度以及物体的温度。
在使用带鞘的复合物或组合式微丝检测元件的情况下，相关的铁磁鞘通 过使相关的微丝体磁饱和或偏置，来防止该微丝体的重新磁化响应，直到该传 感器元件和该物体达到铁磁鞘的居里温度以上的一个温度或者达到某一个接 近该居里温度的固定温度。该鞘使传感器元件磁饱和或偏置的程度可以被设计 成在接近该鞘的居里温度的温度范围中产生一系列不同的或变化的重新磁化 响应。假定相关的检测器具有足够大的分辨率和鉴别力，则这些不同的或变化 的响应可以被检测到，并且被用于温度检测。由此，在这种情况下，单个微丝 检测元件可以呈现出多个不同的设置点温度。
本发明也提供了一种独特的结构和方法以便于选择性地测量由至少一 对彼此靠得很近的部件构成的物体的温度，这些部件中的至少一个是可加热 的。例如，根据本发明，可以对加热器和相关的可加热消耗品(比如感应加热 器和填充有可加热的剃须膏的容器)进行温度监控和控制。在这种设计中，将 为可感应-加热喷嘴配备一种本发明的温度传感器，该喷嘴被设计成连接到上 述容器并且对从该容器中出来的流体进行加热，而该容器将被配备一种与加到 喷嘴上的温度传感器相关联的磁场-响应式数据元件(比如常规的微丝)。该 温度传感器和数据元件是相关联的，使得如果该温度传感器和数据元件同时经 历一种询问的交变磁场，则可以仅对该温度传感器的重新磁化响应进行解码。 通常，这是通过改变上述检测设备的解码算法来实现的，使得它将不检测并报 告物体温度，除非上述温度传感器和数据元件都存在。当该容器位于用于加热 目的的感应加热器上时，上述温度传感器和数据元件靠得很近，并且该传感器 的重新磁化响应可以被检测到，并且被用于温度检测。
本发明的这一方面是特别有优势的，因为加热器的制造商可以确保只有 它制造的消耗品才可以与该加热器一起使用；即，如果另一个制造商的消耗品 与该加热器一起使用，则不可能发生温度监控，因为其它制造商的消耗品不包 括必需的相关联的磁场-响应式数据元件。另外，该加热器可以被设计成，使 得它将根本不工作，除非使用合适的消耗品。本发明也提供通过利用本发明的温度传感器对物体进行加热的系统。这种系统还包括对物体进行加热的装置，比如感应加热单元或其它类型的加热单元，这种系统还包括所述类型的重新磁化响应检测器。还提供了与检测器和加热装置相耦合的控制器，以便接收来自检测器的输出信号并且响应于这些输出信号来控制该加热装置的操作。在这些类型的系统中，物体的温度被接连地或连续地监控，并且该控制器改变该加热装置的操作，以便加热该物体或者使其维持在期望的温度范围中。
图l是示出了适用于本发明的现有技术的磁性微丝元件的部分截面的片
段图2示出了适用于本发明的微丝在微丝合金的居里温度以下的温度处的磁特性；
图3A是常规的防窃EAS标记或标签中所使用的非晶条带的"时间-重新磁化"关系图3B是从Sensormatic公司购得的标记或标签中所使用的一种具有很大的巴克豪森不连续性的非晶微丝的"时间-重新磁化"关系图3C是通过Taylor方法生产的涂敷有玻璃的非晶磁性微丝的"时间-重新磁化"关系图4是根据本发明第一实施方式的贴到待测物体上的磁性温度传感器的示意性横截面图4A是与图4相似的的示意性横截面图，但示出了分别设置在两个被设计成靠得很近的物体上的磁性微丝温度传感器的各个部件；
图5是根据本发明第二实施方式的温度检测元件的示意性横截面图，描绘了一种涂有玻璃的非晶微丝磁性元件，其周围包裹着铁磁金属或铁氧体材料的圆柱形鞘，且具有期望的居里温度；
图6是根据本发明的磁性温度传感器的示意性横截面图，它利用了图1所示那种类型的微丝数据元件以及图5所示的温度检测元件；图7是根据本发明第三实施方式的另一种温度检测元件的示意性横截面图，其中涂有玻璃的非晶微丝磁性元件如图l所示那样，且靠近具有期望的居里温度的铁磁金属或铁氧体材料的鞘；
图8是根据本发明第三实施方式的磁性温度传感器的示意性横截面图，其中包括图1所示的数据元件以及图7所示的温度检测元件；
图9示出了在适用于本发明第二实施方式的温度检测元件的鞘或适用于本发明第三实施方式的温度检测元件的鞘的镍-铜合金中"铜的百分比-居里温度"的关系图10是根据本发明的温度读取器的示意性框图，这种温度读取器可与它的磁性元件温度传感器交互作用；
图11是示出了根据本发明的基于磁性元件传感器的封闭反馈温度控制感应加热单元的示意具体实施例方式
观夯兹术游磁丝i斧浙裣激系统
为了最佳地理解本发明，理解现有的使用磁性元件(常常被称为"磁性标记")的EAS和验证系统及其相应的检测系统的本质和操作是有益的。
一种常用的磁性元件是涂有玻璃的非晶微丝。在技术和专利文献中，已揭示了这种微丝及其生产过程、磁学性质和居里温度以下的行为。例如，参见
下列文献:美国专利6,441,737和6,747,559; Horia Chirac的文章"P，画"o"awd C7wra"eWzfl"'o" o/ G7ow Covered Magwe"c ， Materials Science and
Engineering, A304-306, 166-71 (2001); Donald等人的文章"77 e尸，,"o/7,fVopeW/es J/jp/Zcc^/ows o/ Some G7aws Coaled Mefa/ i^7amewAs /Vepared
r一or-,e尸露m，， ， Journal of Materials Science, 31, 1139-48 (1996);Wiesner禾口 Schneider的文章"Afagwe"'c iVo/ er"es o/ ^mo^p/zoz^ j〃o;asCo齒/m'"g Gfl, Ge， cw" ， ， Phys. Stat. Sol. (a) 26, 71 (1974);以及Antonenko等人的文章"Wg/j F，wewcj; /V0/7eWes o/G7ow-Co她dM〖cz-oiWms" ， Journal ofApplied Physics,巻83, 6587-89。通过本领域通称的Taylor工艺，可以便宜地生产出连续多段微丝，由此在底部密封的大致垂直设置的玻璃管中使预先形成合金的锭或所需的元素成分熔化。 一旦用射频("rf')进行加热使该合金转换成熔融状态，则抓住玻璃管的软化底部并将其拉成连续的微丝。在拉伸的过程中，迅速减小合金横截面并且使用辅助冷却装置，就使该合金变为非晶的或纳米晶体。
图1描绘了典型的微丝20，其总直径从10微米或更小到数十微米。微丝20具有合金芯22和玻璃涂层24，其中合金芯22和玻璃涂层24可以连续地彼此物理耦合着，或者仅在若干个空间分离的点处彼此物理耦合着。玻璃-金属比例尽管是可变的，但是可以对其进行密切地控制。例如，对于45-60微米芯直径微丝而言，玻璃涂层24的典型厚度可以大约是1-5微米；对于30微米芯直径微丝而言，玻璃涂层24的典型厚度大约是l-3微米。用于现有技术的EAS和验证标签的微丝元件通常被切割成多个15mm到75mm的段。
通过改变合金成分以及玻璃-金属直径比例，可以控制微丝磁学性质以及所得的磁滞回线。图2示出了具有很大的巴克豪森不连续性(Barkhausendiscontinuity)的典型微丝20的理想化的磁滞回线响应，适用于下述的本发明。当这种微丝20暴露于外部交变磁场(其磁场强度在该元件的瞬时磁极化的相反方向上大于矫顽磁力He，此处所显示的是理想情况下小于10 A/m)时，重新磁化过程导致了易于检测到的谐波强脉冲的产生。该脉冲期间的磁通量变化引起了通量对时间的导数的峰值。相应地，在该元件附近的接收线圈中将会观察到电压峰值，并且读取器可以使该电压峰值与该磁场中存在微丝元件关联起来。
现有技术通过Taylor方法生产的涂有玻璃的非晶微丝20可以被制造成呈现出非常低的矫顽磁力(基本上小于10A/m)、很高的相对磁导率(基本上高于20000)、基本上为零或稍微为正的磁致伸縮以及很大的巴克豪森不连续性(这意味着该微丝基本上仅以双模磁性状态存在)。
微丝20的重新磁化性质也是很重要的，并且将这种微丝与其它类型的现有技术磁性元件区分开。参照图3C (参照美国专利6,556,139)，可以看到，对于涂有玻璃的非晶微丝而言，重新磁化峰值宽度(在半振幅水平处测得的)处于25-80微秒的范围中。相反(参照图3B)，可从Sensormatic公司买到的标记或标签包括一种"在水中浇铸"的非晶丝，它具有很大的巴克豪森不连续约200-500微秒的范围中。最后(参照图3A)，对于防窃标记或标签(比如MetoGmbH32-mm标记或标签)中常用的非晶条带而言，峰值宽度大约是l-2微秒。由此，图l所示类型的微丝呈现出极短的重新磁化峰值，这允许将微丝响应与背景噪声区分开，比如，与其它外部物体的场交互作用而导致的背景噪声。
Zhukov等人在J. Mater. Res. 15 No. 10 Oct. (2000)上的文章描述了在使用多个非晶的涂有玻璃的丝段时生产多位标记的过程，每一个丝段都具有不同
的尺寸(长度、总直径等)或磁学性质(比如矫顽磁力)。例如，如果多个磁性微丝元件分别呈现出不同的矫顽磁力，则通过使用美国专利4,203,544所描述的方法，在每一个磁场周期内都可以检测到它们独特的重新磁化峰值，并且可以识别它们的图案。美国专利5,729,201描述了一种用于区分这样的多个微丝的方法，即使它们具有相同的磁学性质和尺寸。在微丝附近的永磁体偏置场元件通过它与每一个单独的丝段靠近的程度的不同，来区分由读取器所产生的外部磁场的振幅(该振幅被要求要超过用于使每一个磁性元件重新磁化的矫顽磁力)。这导致了检测到的重新磁化峰值中的相位差，由此允许对单独的元件进行区分。
美国专利4,134，538描述了由多个磁性元件构成的多元件标签(标记)，每一个元件具有不同的矫顽磁力，由此允许向任何粘贴的物体分配一个参考代码，该代码具有与所使用的磁性元件一样多的字符。 一旦按照各磁性元件的矫
顽磁力的值的顺序向每一个磁性元件分配该参考代码中的一个字符，与每一个磁性元件相对应的信号接下来就出现在检测装置中，其移相顺序与矫顽磁力的顺序一样，并且每一个信号都具有与编码时所分配的值相对应的振幅，由此在排列和振幅方面再现了完整的代码。
美国专利6,622,913揭示了通过使用不同直径或磁导率的微丝元件可以按二进制形式对数据信息进行编码，使得它们对发射器所产生的交变磁场产生相当不同的响应。相应地， 一种类型的微丝可以呈现出二进制"0",而另一种类型的微丝可以呈现出二进制"1"。例如，可以制造四种微丝的阵列(这四种微丝具有越来越大的矫顽磁力，使得通过在入射交变磁场的周期内检测它
们的相差就可以很容易地对它们进行区分)，以产生交变的高振幅场扰动和低
17振幅场扰动(由此在检测器处就有交变的高电压振幅和低电压振幅)，使得它 们呈现出IOIO这样的二进制模式。
美国专利申请2005/0109435描述了若干种在单个微丝上编码多位信息的 磁学和光学方法。铁磁非晶玻璃涂敷型微丝的应力敏感性可以有利地被用作影 响磁畴结构的物理基础。铁磁非晶玻璃涂敷型微丝编码可以源于这种畴结构的 局部变化。通过强加局部应力或通过非晶合金的选择性结晶，很容易实现上述 这种变化。这种变化可以受许多方式影响，其中包括通过脉冲激光进行局部加 热、玻璃涂层的化学薄化、玻璃上的涂层等。铁磁非晶玻璃涂敷型微丝的玻璃 涂层的局部修改可以被用于有效地产生非晶合金芯的磁畴结构的受控变化，由 此能够进行编码。较佳的方法是使用激光脉冲对玻璃或合金进行局部加热(通 过选择波长可以实现独立的加热)，从而引起玻璃或合金之一或两者的结构变 化，并由此改变了现存的应力场或基本的磁学特性。
现有技术EAS或验证系统检测器设备(这些设备与被用作磁性标记的所 有类型的磁性元件相结合着使用)通常使用场发射器单元和磁场检测器单元。 场发射器通常具有频率发生器和场发生器线圈(一起构成交变磁场源)，用于 在该标记的询问区域中产生交变的磁场。检测器单元通常具有场接收线圈和信 号处理单元，该信号处理单元通常触发报警设备。
在现有技术的EAS系统中，当磁性标记位于上述线圈附近时，询问的AC 场引起了磁性元件的磁化的切换。相应地，非常短的磁场扰动脉冲被场接收线 圈接收。这些脉冲被信号处理电路检测到，该信号处理电路产生一个输出以激 活警报。
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本发明的第一实施方式包括磁性微丝温度传感器，它具有至少一个且通 常多个易磁化的微丝，至少某些微丝的各个合金具有经修改的化学性质以及相 应的不同的居里温度，通常大约低于40(TC。另外，本实施方式包括微丝读取 器或检测器，它能够对从传感器微丝中获得的温度信息进行解码。
化学性质经修改的各个微丝最好被制造成使得在它们各自的居里温度 以下，经修改的微丝保留很大的巴克豪森不连续性、极低的矫顽磁力和极高的 磁导率(所得的磁滞回线行为是图2所描绘的类型)。这些经修改的微丝在其居里温度以上通常会完全失去其铁磁性。传感器阵列内的其它微丝不需要具有 经修改的化学性质，但是可以根据任何上述现有技术的单或多位编码方法而作 为数据元件进行操作。
关于现有技术的非晶微丝中所使用的基于铁和/或基于钴的合金，最佳 的化学性质修改就是调节其中的铬的原子百分比。在非晶的基于铁
(Fe80-xCrx)(PC)20的合金中，铬对其磁学性质有着相当大的影响。铬百分比的 增大会使居里温度、平均超精细场及其饱和磁化强度下降，并且另一方面，会 使其初始磁导率显著增大。例如，在某些经测试的样品中，铬百分比从0%增 大到6.5%就会使居里温度从330'C减小到155°C。参照Henry等人的文章
Mos5^awer 5Vw(^ 5-i/丄oo/w" ， Journal of Materials Science 19: 1000-06 (1984);还可以参照Wijn的书"Mag"e"c /VopeW/w o/A/eto/s—d-五/eme"&,爿〃o;^y, ^mc/CompowwW ， Springer-Verlag， Berlin (1991)。
对基于铁和基于铜的合金所作的其它化学性质改变也可以被用于改变 非晶微丝元件的磁学特性。例如，在某些FCZBN合金中，钴可以替换铁，并 且所得的居里温度随着钴含量的增大而呈现出像正弦曲线那样的行为，并且在 钴原子百分比为3%和12.5%处显露出两个最大值，在钴原子百分比为7.5% 处显露出一个最小值(Yao等人的文章"Co Depew<ie ce o/Cwn'e rempera^w /" y4wor/ /zoMs Co 5 7V6 /1//oj^ Pf/f/ /f,g/z G/ass Form/"g」6//"_y" ， Journal of Physical Science: Condensed Matter, Vol. 16 6325-34 (2004)) 。 77wwac"'o似 o" Mflg"W"， Vol. 22， 1349-51 (1986)提出一种工艺，由此具有高P含量的Co-P 非晶合金可以通过电解而获得。这些合金的居里温度在"居里温度-成分(高 达28-29。/。的P)"关系图中显示出线性行为。对于更高的浓度，观察到恒定的 居里温度。
如上所述，第一实施方式最好利用多个磁性微丝温度检测元件，其化学 性质己发生变化，使得这些微丝在整个温度传感器的特定设计温度范围中的各 个温度(通常约为40(TC或更低)处变为顺磁性的。例如，图4描绘了温度传 感器26，它具有总共4个温度检测微丝28-34，从而构成阵列36。通过使用任 何上述技术(比如增大铬的原子百分比)，微丝28-34的化学性质已被修改，
19其结果是，这些微丝的居里温度是不同的并且在传感器26正常工作的温度范
围中全部被超过。其余两个微丝38和40是数据元件。还使用了任选的永久磁 性偏置场元件41。
在图4的实施方式中，微丝28-34是并行排列的，其中间距42等于每一 个相邻微丝的半径之和(间距42可以大于这些半径之和)，并且通过导热粘 合剂(未示出)而固定到一起，该粘合剂也将微丝粘贴到将要对其进行温度监 控的物体44上。
在这种典型实施方式中，微丝28-34和38-40的矫顽磁力因其合金中的 化学性质的变化(尤其是每一种合金的铬含量)而发生变化，以便确保这6个 微丝中的每一个微丝在每一个周期内可以按其在整个阵列中的位置的顺序被 唯一地检测到。当然，用于改变合金化学性质和用于调节矫顽磁力的其它现有 技术也是可以使用的。另外，除了微丝38以外(它明显长很多，比如40mm)， 这6个微丝28-34和38-40都具有相同的长度(比如20mm)。微丝38的这种
额外的长度确保了，来自该数据元件微丝的检测到的重新磁化峰值在振幅方面 大于所有其它重新磁化峰值。
图10示出了典型的检测器设备46，用于检测由传感器26所检测到的温 度，与物体44的温度相对应。检测器46宽泛地包括交变磁场发射器单元，其 形式是频率发射器48且与场发生器线圈50相耦合，使得该发射器单元可产生 用于询问传感器26的交变磁场。整个设备46还包括场接收线圈52，可操作地 耦合到数字信号处理单元54和温度显示器56。如图所示，处理单元54配有通 信端口58和60，并且可以通过连接62可操作地耦合到频率发生器48。另外， 频率发生器48可以配有任选的输入61，从而允许对该发生器进行远程控制。
信号处理单元54使用一种解码算法来工作，该解码算法能够对询问传 感器26时所接收到的磁场扰动信息进行解码。较佳地，根据本发明，该解码 算法的形式是用于多个传感器的一个或多个査询表格，都被存储在与该单元54 相关联的存储器内。对于专用于传感器26的检测器46而言，温度查询表格将 具有用于上述四个温度检测微丝元件28-34的预期的相位位置(来自停止位 和/或来自彼此的相位关系)；以及针对来自微丝20的阵列36的可接受的检测
20到的位代码进行报告的温度(一些位代码可能是不可接受的，因为根据居里温 度的定相微丝顺序它们不符合逻辑，由此是检测器46误读的结果)。
如上所述，传感器26和检测器设备46相互关联，使得设备46可以通 过对传感器26进行恰当的询问来确定物体44的温度。这种相互关联包括将传 感器26的位逻辑与解码算法(在这种情况下，即信号处理单元54的存储器内 所存储的温度查询表格)匹配起来。本领域技术人员应该理解，可以提供各种 位逻辑和相应的算法表格。然而，下面的讨论在图10的传感器26和检测器设 备46的上下文中提供了一种典型的系统。
再次参照图4，假定上述四个温度检测元件微丝34-38中最低有效位是 微丝28，它可以被命名为"第一"微丝。由此，当物体44处于第一微丝28的 居里温度以下时，在设备46所产生的交变磁场的影响下，微丝28仍然将产生 其特征性的短重新磁化脉冲。当物体44的温度高于第一微丝28的居里温度时， 在所加的交变磁场的影响下，微丝28将不再产生它的短重新磁化脉冲，因此， 在检测到的温度检测元件位阵列中将没有它的位("0"值)。
其余的温度检测微丝30-34都具有各自的化学性质经修改的合金，使得 这些微丝的居里温度是连续地且逐步地高于第一微丝28的居里温度。由此， "第二"微丝30具有比第一微丝28稍高的居里温度，"第三"和"第四"微 丝32和34具有连续的、比低阶的微丝稍高的居里温度。这样，在来自检测器 46的所加磁场的影响下，在比第一微丝28和所有之前的低阶微丝要高的各个 温度处，微丝30-34的重新磁化脉冲(位)将消失(即变为"0"值)。
例如，如果物体44的温度低于第一和第二微丝28和30的居里温度， 则阵列36的所有的位都将被设备46读取(即变为"1"值)。如果物体44的 温度高于第一微丝28的居里温度但低于第二微丝30的居里温度，则对于设备 46而言第一位将消失即"0"值，但与微丝30-34相对应的其余的位都将被.设 备46读取即"1"值。
如上所述，设备46包含以查询表为形式的算法，该算法识别出，第一 温度位的消失以及第二和所有更高温度位的出现意味着物体44的温度介于第 一和第二微丝(温度位)28和30的第一和第二居里温度之间(如本文所使用 的那样，传感器或物体温度的检测或确定可以是指某一温度范围中的单一温度或近似温度)。由此，通过读取由阵列36所产生的温度检测位数据，并且使 该数据的二进制值与感兴趣的查询表格关联起来，就可以将物体44的温度确 定为处于第一和第二微丝居里温度之间的间隔所定义的温度范围之内。当然，
该逻辑应用于图4示例中所有四个微丝28-34。
如果给定的磁性元件温度传感器上的温度检测微丝的数目N具有己标识 好的具有已知不断增大的次序的居里温度，并且这些居里温度被选择成彼此之 间的增量至少稍微一致些，则该传感器可以检测从第一到第N居里温度之间的 各温度。这种传感器的分辨率就是连续的居里温度之间的增量。应该理解，即 使连续的居里温度并非完全一致，相关的査询表格也可以被构建出来，并且该 传感器也可以适当地起作用。
本实施方式的微丝合金可以在这些合金被处理成微丝之前或之后，对它 们的居里温度进行量化。这样，就可以针对温度检测，来校准这种完整的微丝 传感器。对于待测的给定温度范围而言，其居里温度被量化且在上述温度范围 中接近等间距的那些微丝的数目越大，该微丝温度传感器的分辨率就越高。较 佳地，本实施方式的温度传感器具有至少20个温度检测微丝，从第一微丝到 第N微丝具有连续更高的居里温度，并且连续的微丝之间的增量不大于5°C。
在某一个温度检测微丝并不按照与其它微丝相适宜的顺序消失的情况 下(原因可能是读取器的误读、缺少与其它的热接触等)，缺少可接受的查询 表格值最好使设备46的读取器算法尝试传感器26的重新读取。如果连续的重 新读取显示出同样不规则的温度数据，则读取器算法可以丢弃该温度数据，使 用上一次测得的温度(或者上一次测得的温度加上一温度增量，该温度增量基 于一种包括上一次测量的温度变化率和读取时间间隔的计算过程)，接下来， 在下一次计划好的读取间隔处重新尝试。较佳地，采取多个步骤，以确保所有 的微丝彼此有着良好的热接触并与待测温度的物体44有着良好的热接触。一 种这样的步骤就是将所有的微丝粘贴到一个薄的导热基板上。另一个步骤是使 用下述的导热外壳或封装材料。
已知，在一个周期内可以检测多达40个微丝，相应地，本实施方式的磁 性元件温度传感器可以包含多于4个温度检测微丝20以及不止一个(停止位不 计入在内)数据元件。数据元件(尤其是如果每一个数据元件都是用多位数据编码的话)可以被用于存储关联信息(比如线性或非线性关系常量)，该信息 可以允许检测器算法将"特定的数值"(温度位)解码成与之相关联的温度值。 这在没有使用查询表格方法的情况下特别有价值。由此，磁性元件温度传感器
26可以在其数据元件内存储数据，比如永久ID代码或"物体的类别"代码。这种
存储"物体的类别"代码的能力允许单个读取器算法读取若干种不同类型的微丝 温度传感器，每一个传感器都具有其自身独特的査询表格，并且仍然对正确的 温度进行解码。
应该理解，在不背离本发明的范围的情况下，在传感器26和设备46中可 以使用许多不同的编码/解码策略，只要每一个温度检测微丝被设计成在设备 46所产生的交变磁场的影响下在其居里温度以上会失去其重新磁化脉冲性质。 一个选择将会是使用偏置场元件41，该元件41用于区分由设备46所产生的外部 磁场的振幅(该振幅被要求超过用于使每个微丝重新磁化的矫顽磁力)，因为 它离每个单独的微丝28-34和38-40的靠近程度不一样。这导致了由检测器46所 检测到的重新磁化峰值中的相位差，由此帮助区分上述6个单独的微丝。其它 变化将会包括但不限于确定在温度检测元件和数据元件之间的停止或"划界 线"位；对非温度数据进行编码和解码；以及使一些或所有微丝的长度不相同以 便改变其磁学响应。另外，在接近于单独的温度检测微丝的居里温度的温度处， 磁学性质的变化可以改变但不会完全消除其可检测的重新磁化脉冲。这种经改 变的重新磁化脉冲在居里温度以下特定的温度范围内具有可预测的行为，也可 以被用于对温度信息进行解码。这可以允许每一个温度检测微丝准确地检测不 止一个温度，例如，从居里温度以下一个小间距直到该居里温度。
第二实應方式，苈f溢度检M游4存铁磁激游徵丝
该第二实施方式包括磁性元件温度传感器64，它具有多个复合的温度检 测微丝66，每一个微丝都包括上述现有技术类型的易磁化的微丝，这种类型的 微丝没有故意减小其居里温度，使得它在传感器64的整个工作范围中将保持如 图2所描绘的很大的巴克豪森不连续性和其它磁学性质。这种微丝结构进一步 包括环绕的管状的结构68。整个第二实施方式还包括与检测器46相似的微丝温度检测器，其中所存储的算法能够对从传感器64的询问中所获得的温度信息进 行解码。
特别是，每个复合微丝66都具有最里面的合金70，中间玻璃涂层72围绕 着合金70，使得复合微丝66的内部在概念上与先前描述的现有技术的微丝20完 全一样。另外，微丝66的结构68包括由铁磁金属或铁氧体材料(比如NiZn或 MnZn)构成的管状的鞘74，该鞘74围绕着涂层72;该结构68还包括任选的最 外面的玻璃涂层76，用于围绕着管状的鞘74。鞘74具有经仔细选择的居里温度， 使得仅当该微丝被置于检测器所产生的交变磁场中时，且仅在该铁磁鞘74的居 里温度以上(或在接近于居里温度的某一温度以上)，内部微丝合金70才会产 生其特征性的扰动(由此，在检测器处就有重新磁化电压脉冲)。因此，当复 合微丝66处于铁磁鞘74的居里温度以下(或接近于居里温度的某一温度以下) 的温度时，鞘74是铁磁性的，由此，改变了微丝66的特征性脉冲。这可以防止 复合微丝66因鞘74所引起的磁饱和而重新磁化，或者允许所得的重新磁化作为 来自复合微丝66的偏置或"改变"的信号。例如，在鞘居里温度以上，重新磁化 脉冲可能在相位方面偏离其位置，或者，该鞘的偏置效应可以允许在多个不同 的设置点温度以下和以上有经改变的重新磁化响应。
当复合微丝66处于鞘74的居里温度以上的一温度时，该鞘变为顺磁性 的，由此对合金70的特征性脉冲没有影响。因此，在鞘74的各个居里温度以上 (或者在接近于这些居里温度的某些温度以上)，复合微丝66表现正常(即， 它们使检测器46检测如所预期的相位、振幅等的电压脉冲，就像查询表格中或 通过某种其它解码算法所记录的那样)。然而，当复合微丝66处于鞘74的各个 居里温度以下的温度时，它们无法被检测器检测到，或者是可检测到的但其磁 学性质已改变，特别是涉及到在鞘74的居里温度以上的温度处检测到的特征性 脉冲的情况。这种经改变的磁学性质将不符合查询表格或其它解码算法的参 数，比如与来自频率发生器48的交变电流的相位关系、或脉冲持续时间。
如果构成管状鞘74的材料是铁磁金属，则鞘74可能仅仅几个微米厚，或 者是内部微丝合金70饱和以及可制造性所需的那么厚。题为"Amorphous Microwire and Method for Manufacture Thereof，的美国专利7,011,911描述了一 种用于形成铁磁鞘74的方法。其它方法包括火焰喷射或溅射。当使用这些用于
24创建鞘74的方法时，有一个最外面的涂层76并不是必要的。 一种经修改的Taylor 方法也是可以使用的，其中内部玻璃管和外部玻璃管是共轴地且套叠地对齐 的，使得内部玻璃管处于外部玻璃管的壁之内。合金70以锭(棒状的)或构成 金属的形式处于中心玻璃管的内部，而构成管状鞘74的材料则位于相互嵌套的 玻璃管之间。该鞘材料的形式可以是锭(有可能是若干个棒)或构成金属。通 过磁感应或其它合适的手段，将这些合金加热到熔融，并且所得的熔融金属和 玻璃被迅速拉动从而形成符合微丝66。
本领域已知许多种技术可通过添加特定金属的痕量元素来调节铁磁合 金的居里温度。由此，可以使用任何数目的合金来构成管状鞘74。图9示出了 向铁磁金属元素(在这种情况下是镍)少量添加某些金属(在这种情况下是铜) 以便形成真正的合金从而可以按可预测的方式来改变所得的铁磁合金的居里 温度。此外，向铁添加少量铬，就可产生其居里温度是可预测的合金。参照美 国专利5,954，989，其中讨论了用铜和铝来修改镍的居里温度。
制造管状鞘74的过程中所使用的合金或铁氧体材料可以在被处理成管 状鞘74之前或之后将其居里温度(或接近于它们的居里温度的调节温度)量化。 由此，磁性元件温度传感器46可以很容易被校准以便于温度检测。如上文那样， 对于待测的给定温度范围，其鞘居里温度被量化且在上述温度范围中接近等间 距的温度检测复合微丝66的个数越多，该温度传感器的分辨率就越高。最好具 有至少20个温度检测复合微丝66，每一个微丝都具有越来越高的鞘居里温度， 比下一个最低阶的鞘最多大5r。当然，如果鞘74在其居里温度附近的温度范 围中改变微丝66的重新磁化脉冲(比如，通过可检测地移动重新磁化脉冲的相 位)，则检测器有可能在某一范围中检测并解码用于每一个微丝66的多个温度， 由此需要更少的微丝66来允许传感器在很宽的范围中准确地测量温度。
如果构成管状鞘74的材料是铁氧体或具有铁氧体的材料混合物，则该鞘 可以被粘贴到玻璃层72、单独的圆柱珠子、或其它具有中心孔的烧结的铁氧体 圆柱形物体，使得合金70和周围的玻璃72可以被置于其中。或者，通过将玻璃 -铁氧体材料用于层72以替代纯粹的玻璃，则可以构成管状鞘74并使其成为玻璃 层72的一部分。题为"Radar Absorbing Coatings"的美国专利6,909,395描述了铁氧体/玻璃复合材料，这种材料可以被直接粘贴到金属丝或其它形状的金属物体，或者可以被粘贴到一层已粘贴到金属上的纯玻璃。
现在参照图6，传感器64包括多个微丝20，用于呈现出数据元件的阵
列78;以及多个温度检测复合微丝66，用于形成其阵列80。微丝20和复合微丝66被粘贴到传感器或标签基板82，标签基板82是尽可能薄其尽可能导热的，使得传感器64可以与物体(未示出)密切地热接触以便进行温度测量。
用于构成阵列78的微丝20具有一定的化学性质，从而给出在所计划的工作温度范围以上的各个居里温度，对于传感器64而言通常小于约400。C。阵列80内的复合微丝66最好间隔开一距离84，使得一旦每一个单独的复合微丝66处于其居里温度以上的温度，该单独的微丝的铁磁或铁氧体管状鞘74不影响其邻近的复合微丝。
在这个简单的实施方式中，假定阵列78的每个数据元件被激光编码成逻辑状态"1"或"0"。此外，假定除了末端元件83和86(它们明显长很多，比如40mm)以外，每个数据元件都一样长(比如20mm)。这种额外的长度确保了来自数据元件83和86的检测到的重新磁化峰值在振幅方面比其它的要大。最后，假定数据元件83被激光编码成逻辑"1"值，而数据元件86被激光编码成逻辑"0"值。如第一实施方式中所描述的那样，制造阵列78和80中的每一个元件，使得检测到的相位顺序匹配于所描绘的从顶部(微丝83)到底部(复合微丝88)的对齐顺序，后者具有阵列80中的复合微丝中的最高鞘居里温度。在这种情况下，检测器46对第一检测脉冲(同相关系)分配了具有逻辑电平"l"的最高振幅并以之为开始位(此处被描绘成微丝83)，并且最后检测的数据微丝86具有最高振幅且具有逻辑电平"0"并作为停止位。在开始位83和停止位86之间所有的数据微丝均被微丝温度读取器检测到，并且作为数据位。如第一实施方式中所描述的那样，中间的数据微丝可以被用于各种功能，比如标签标识号和"物体的类别"代码。
为了对来自传感器64的温度信息进行解码，假定有"N"个来自阵列80的复合微丝具有铁磁鞘74，使得各个鞘74具有在传感器64的正常工作范围中被超过的居里温度(或具有"接近于"居里温度的调节温度)。这N个复合微丝66中最低有效位(刚刚在停止位86之后以同相关系来检测，并且离停止位86有指定的相位关系)被视为"第一"复合微丝89。由此，第一复合微丝89将仅仅在其鞘74的居里温度以上的温度处才开始产生其正常的短脉冲扰动，因此，检测器46将仅仅检测其电压脉冲(位)。第一复合微丝89在其鞘74的居里温度以下将不产生其正常的短脉冲扰动，因此，在检测器46所检测到的多个位中没有它的位，或者它的脉冲将被如此改变以至于可被检测器46清晰地检测到并作为"改变的"微丝。
与停止位86保持同相关系的"第二"复合微丝90 (紧挨着最低有效位)具有铁磁鞘74，该铁磁鞘74的居里温度比第一复合微丝89的居里温度稍高。在这种较高的鞘居里温度(或接近于鞘居里温度的较高温度)以下的温度处，复合微丝90的位将不被检测器46读取，或者它的电压信号将被检测成"改变的"，但是在比第一复合微丝89的居里温度更高的温度处将会在相位和持续时间方面
按预期的那样出现。
由此，如果传感器64处于第一和第二复合微丝89和90的居里温度(或低于居里温度的指定温度)以下的一温度，则检测器46将检测不到任何复合微丝(假定阵列80中后续更高阶的复合微丝都具有更高居里温度的鞘74)。如果传感器64处于第一复合微丝89的鞘居里温度(或相关温度)以上且第二复合微丝90的鞘居里温度(或相关温度)以下的一温度处，则第一位将被检测器46读取，但第二位仍然不被检测器46读取或者检测器所读取的是"改变的"信号。最终，如果传感器64处于比第一和第二复合微丝89和90的鞘居里温度(或相关温度)要高的一温度处，则第一和第二复合微丝将被检测器46读取。
检测器46包含一种解码算法，这种解码算法识别出第一复合微丝89的第一温度位的出现以及第二复合微丝90的第二温度位的缺少(或变化)，由此通过显示器56发出信号，该信号表明传感器温度介于第一鞘居里温度和第二鞘居里温度之间。由此，如果传感器64与对其温度感兴趣的物体密切热接触，则通过读取传感器64的复合微丝阵列位输出，检测器46确定物体的温度处于第一和第二鞘居里温度之间(或接近于它们的居里温度的各个温度之间)的间隔所定义的温度范围中。
如果传感器64上的复合微丝66的个数增大到"N"个复合微丝且其鞘居里温度已知是按顺序不断增大的，并且这些鞘居里温度被选择成彼此之间的增量
27至少稍微一致些，则传感器64就具有从第一到第N鞘居里温度的可检测温度范围，并且其温度分辨率由连续的鞘居里温度之间的增量所定义。
更一般地讲，检测器46的解码算法被构造成能够理解由相应复合微丝
66在其正常脉冲状态中所产生的第一到第N-1温度位的出现以及第N复合微丝66在其正常脉冲状态中所对应的第N温度位的缺失证明了，传感器温度处于第N-1鞘居里温度和第N鞘居里温度之间(或接近于鞘居里温度的各个温度之间)。该检测器算法最好将该传感器温度报告成介于第N-1和第N居里温度之间的中间温度。
较佳地，可接受的复合微丝位图案及其相应的传感器温度被存储在检测器46的存储器内的査询表格中。由此，当检测器46从相关联的传感器64中检测
到可接受的位图案时，将该位图案与查询表格进行比较以便找出相关联的传感器温度。
在阵列80中的一个或多个复合微丝66没有按照与其它微丝相适宜的顺序以其正常状态出现的情况下(其原因可能是检测器46的误读、没有与其它复合微丝热接触等)，上述检测器算法最好尝试传感器64的重新读取。如果连续的重新读取显示出同样不规则的位图案，则上述检测器算法可以丢弃该温度数据，使用上一次测得的温度(或者上一次测得的温度加上一温度增量，该温度增量基于一种包括上一次测量的温度变化率和读取时间间隔的计算过程)，接下来，在下一次计划好的读取间隔处重新尝试。
第三实1方式.* ^存分庸游但樹邻游錄磁泡浙^斧i^f溢度澄粼游徵遂第三实施方式在概念上非常相似于第二实施方式，不同之处在于，将铁磁鞘饱和或偏置元件用作单独的实体而不需要接触相邻的温度检测微丝的表面，相比之下，第二实施方式的鞘74接合到或以其它方式粘附于中心微丝结构。参照图7，示出了复合微丝92并且包括先前描述过的那种类型的微丝20，这种微丝20没有故意减小其居里温度，使得它在该传感器的整个工作范围中保持了很大的巴克豪森不连续性和图2所描绘的其它磁学性质。此外，复合微丝92包括相邻的铁磁鞘94。鞘94足够接近于相关联的微丝20，以便通过磁饱和或偏置来防止微丝20的重新磁化和随之而来的特征性扰动的产生，直到组合微丝92处于鞘94的居里温度以上(或接近于居里温度的某一温度以上)的温度处。同样，
如第二实施方式中那样，鞘94可以被设计成使得相关联的微丝20在低于鞘居里
温度的不同设置点温度以下和以上呈现出一系列不同的重新磁化响应，并且如果期望的话，这种多个不同的响应可以被用于温度检测和确定。
更具体地讲，鞘94的形式最好是薄矩形铁磁金属片，其尺寸并不比相关的微丝20宽多少，并且其平面可以弯成半圆形(或者，对于铁氧体而言，可以被烧结成半圆形或其它合适的形状)。鞘94的居里温度是经仔细选择的，使得当组合微丝92处于检测器46的交变磁场中时，仅当组合微丝92处于鞘94的居里温度以上(或接近于居里温度的某一固定温度以上)的一温度时，相关的微丝20才会产生其信号扰动(由此，产生了电压的重新磁化脉冲)。鞘94仅需要几个微米厚，或者就像相关微丝20的饱和所需的那么厚以及便于制造微丝20所需的那么厚。结合第二实施方式所描述的同一类型的合金或铁氧体可以被用于制造鞘94。此外，磁性墨(使用了铁磁粉末或铁氧体粉末)也是合适的，并且其优点是可以在用于组合微丝92的支撑基板上进行印刷。
参照图8，示出了温度传感器96，除了用组合微丝92替代了复合微丝66以外，它与传感器64在所有的方面都完全一样。相应地，来自图6的相同的标号被用在图8中以表示完全一样的部件，并且使用标记"a"来区分组合微丝92和复合微丝66。
传感器96的操作与传感器64的操作完全一样，并且利用了相似的检测器46，该检测器46具有与传感器96相关联的合适的解码算法(较佳地，是查询表格)。相应地，这种操作的详细描述是不必要的。
上述三个实施方式以及本发明的范围之内的其它实施方式都可以在许多不同的方面进行变化。例如，图4A描绘了有利于某些产品应用的备选排列方式。具体来讲，在图4A中，提供了传感器26a，其中微丝数据元件40粘附于第一物体44a，而其余的数据微丝38和温度检测微丝28-34以及任选的偏置元件41均被粘附于第二物体44b上。传感器26a的位逻辑与传感器26完全一样，这意味着，即使传感器26a的各个部件被分开到物体44a和44b上，整个传感器26a也仅仅是在所有的传感器部件都处于检测器46所产生的交变磁场内时才工作。如果该条件不存在，则不可能用检测器46进行成功的读取。例如，这种构造可以用于控制仅当加热器的检测器检测到传感器的两个部分(由此检测到两个物体44a 和44b)时才用加热器对双-部分物体进行加热的过程，并且相应地防止任何加 热操作，除非传感器的两个部分都存在且都处于检测器46的磁场之中。在这种 情况下，这种加热器控制通常将耦合到检测器46的信号处理单元54。
当然，当存在不止两个物体时，也可以使用这一相同的设计概念。另外， 可以使用更成熟的数据编码方法(比如上述的那些)，将整个传感器26a的一 个或多个片与其相匹配的片关联起来。这种方法可以包括用停止数据位38的 匹配多位代码，对第一数据元件40进行激光编码。
尽管已结合第一实施方式的传感器26描述了图4A的备选方案，但是应该 理解，如果需要的话，相同的修改也可以应用于第二和第三实施方式的传感器 64和96。
正如传感器26的微丝20的情况那样，用于构成传感器64和96的一部分的 微丝可以通过使用合适的粘合剂而被接合到物体44或导热基板(比如基板82) 上。在另一个备选方案中，微丝20、复合微丝66和/或组合微丝92可以被装入 非常薄的非铁磁性的导热材料中，比如可模压或注入的填充有石墨的聚合物材 料，比如SGL Carbon公司所出售的标号为RIDURID 的材料族中的 一 种材料。 其它可用的高温材料包括Aremco公司所出售的标号为Ceramamcast 510的陶瓷 灌注材料或其它柔性高温聚合物。在使用这些材料的情况下，外壳材料的厚度 和总的热容量应该保持最小，以使待对其温度进行监控的物体与微丝的芯合金 材料之间的热延迟达到最小。
另外，如果合适的话，所描述的实施方式中的微丝可以被扭成线或被编 织到将要对其进行温度监控的物体的结构之中。例如，这些微丝可以被编织到 碳纤维布料中，只要可以维持良好的热接触就可以，并且使用合适的技术手段 将每一个温度-变化元件彼此区分开并将它们与每一个清晰标识过的数据元件 (包括停止位)区分开。
*顏没吝游历if《鎮,统 在美国专利6,320,169和6,953,919所描述的闭环温度调节感应加热系统 中，可以很容易地使用本发明的磁性元件温度传感器及其相关联的检测器，以替代RFID标签及其相关联的RFID读取器。由此，使用温度-调节磁性元件技术 感应加热系统就可以实现大量的加热应用，这种系统相似于现有技术的RFID系 统，但RFID部件已被本发明的传感器和检测器部件所替代。例如，根据本发明， 可以对下列进行修改美国专利6,953，919中所描述的智能灶；美国专利 6,822,204所描述的热分配系统；美国专利6,504,135、 6,444,961、 6,274,856和 6,232，585所描述的食物递送系统；以及各种加温设备，比如杯子、碗、很热的 大浅盘、盘子、滑雪靴和美国专利5,594,984所描述的其它物体。此外，相同的 部件(传感器和检测器)可以被集成到并非基于感应的其它类型的闭环加热系 统中，比如闭环温度控制红外线、卤素、电阻加热系统。
参照图ll，闭环感应加热系统98包括微丝检测器46 (参照图IO)，微丝 检测器46被并入感应加热设备100中以替代RFID读取器。该设备100包括控制 微处理器102，可操作地耦合到检测器46、固态反相器104和整流器106;以及 感应工作线圈108，耦合到反相器104。 AC电源109和电流传感器109a可操作地 耦合到整流器106。场发生器和接收线圈50、 52被集成到支撑元件112下方的传 感器部件110中。
系统98被设计成控制石墨加热盘114 (比如，美国专利6，657，170所描述 的)的温度，该加热盘上或其中嵌入了本发明的微丝传感器116。如图所示， 盘114具有在传感器116上方和下方的石墨层118。当然，任何其它可感应加热 的物体都可以受到控制，而非只是盘114，比如多层烹饪用具(比如，罐或平 底锅)，其中嵌入了一个或多个传感器116。来自传感器116的温度信息反馈被 检测器46检测到，并且该信息可以被用于通过控制微处理器102来控制盘114的 感应加热。
如果期望的话，本发明的微丝传感器和检测器可以被用于控制其它类型 的加热设备，比如卤素或电阻加热器或燃气灶或电灶。
本文所提及的每一个专利和文献都全部引用在此作为参考。
权利要求
1. 一种温度传感器，被配置成与物体热接触以便检测物体的温度，所述传感器包括至少一个易磁化的传感器元件并且在所加的交变磁场的影响下具有重新磁化响应，这种重新磁化响应是由至少一个很短的可检测的磁场扰动脉冲来定义的，这种磁场扰动脉冲具有已定义的持续时间，这种重新磁化响应在大约低于400℃的至少一个设置点温度之下和之上是不同的。
2. 如权利要求1所述的传感器，其特征在于，有多个传感器元件，至少某些传感器元件具有与其它传感器元件不同的设置 点温度。
3. 如权利要求1所述的传感器，其特征在于， 所述设置点温度是传感器元件的居里温度。
4. 如权利要求1所述的传感器，其特征在于，在多个不同的设置点温度以上和以下，所述传感器元件具有不同的重新磁化 响应。
5. 如权利要求4所述的传感器，其特征在于， 所述多个不同的设置点温度是在传感器元件的居里温度以下。
6. 如权利要求1所述的传感器，其特征在于， 所述磁性元件包括金属体。
7. 如权利要求6所述的传感器，其特征在于， 所述金属体是非晶的。
8. 如权利要求6所述的传感器，其特征在于， 所述金属体是纳米结晶的。
9. 如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述金属体的形式是拉长的丝或薄的条带，其最大横截面尺寸大约达到100 纳米。
10. 如权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述金属体是由选自下列的合金构成的基于铁的合金；基于钴的合金；以 及它们的混合物。
11. 如权利要求10所述的传感器，其特征在于， 所述合金含有铬。
12. 如权利要求l所述的传感器，其特征在于， 所述传感器元件包括由玻璃涂层围绕着的金属体。
13. 如权利要求l所述的传感器，其特征在于， 所述传感器元件包括金属体，该金属体旁边有铁磁性的鞘。
14. 如权利要求13所述的传感器，其特征在于， 所述鞘围绕着所述金属体。
15. 如权利要求13所述的传感器，其特征在于， 所述鞘被设置成至少部分地围绕着所述金属体且两者之间留有间隔。
16. 如权利要求l所述的传感器，其特征在于，所述传感器元件包括金属体，该金属体具有小于10A/m的矫顽磁力、20,000 以上的相对磁导率、基本上为零或稍微为正值的磁致伸縮以及很大的巴克豪森不连 续性。
17. 如权利要求13所述的传感器，其特征在于，所述传感器元件包括金属体，该金属体在相邻的铁磁性鞘的居里温度以上产 生特征性的重新磁化脉冲，并且在相邻的铁磁性鞘的居里温度以下的一个或多个温 度处不产生重新磁化脉冲或产生改变的重新磁化脉冲。
18. —种用于检测物体的温度的温度传感器，包括 多个单独的微丝，每一个微丝包括拉长的金属体，该金属体的最大横截面尺寸大约达到100 nm，并且在所加的交变磁场的影响下每一个金属体都具有重新 磁化响应，每一个金属体的重新磁化响应在相应金属体的居里温度以下和以上是不 同的；以及至少一个导热基板，用于支撑所述微丝并被配置成与所述物体热接触。
19. 如权利要求18所述的传感器，其特征在于，至少某些金属体在低于其居里温度的多个不同的设置点温度以上和以下具有 不同的重新磁化响应。
20. 如权利要求18所述的传感器，还包括 在所述基板上支撑着的磁场-响应数据元件。
21. 如权利要求18所述的传感器，其特征在于，所述多个微丝包括复合微丝的阵列，每一个复合微丝包括围绕着金属体的铁 磁性鞘。
22. 如权利要求18所述的传感器，其特征在于，所述多个微丝包括组合微丝的阵列，每一个组合微丝包括设置在所述金属体 旁边且与之保持一定的间隔的铁磁性鞘。
23. 如权利要求18所述的传感器，其特征在于， 至少某些金属体是非晶的。
24. 如权利要求18所述的传感器，其特征在于， 至少某些金属体是纳米结晶的。
25. 如权利要求18所述的传感器，其特征在于，所述金属体的形式是拉长的丝或薄的条带，其最大横截面尺寸大约达到100 纳米。
26. 如权利要求18所述的传感器，其特征在于，所述金属体是由选自下列的合金构成的基于铁的合金；基于钴的合金；以 及它们的混合物。
27. 如权利要求25所述的传感器，其特征在于，所述合金含有铬。
28. 如权利要求18所述的传感器，其特征在于，所述微丝的金属体按照从最低居里温度到最高居里温度的连续的顺序而具有 不同的居里温度。
29. —种拉长的微丝，它包括拉长的非晶或纳米结晶金属合金体以及围 绕着该金属合金体的玻璃涂层，该金属合金体具有大约40(TC的居里温度。
30. 如权利要求29所述的微丝，其特征在于，所述金属合金体的形式是拉长的丝或薄的条带，其最大横截面尺寸大约达到 100纳米。
31. 如权利要求29所述的微丝，其特征在于，所述金属合金体是由选自下列的合金构成的基于铁的合金；基于钴的合金; 以及它们的混合物。
32. 如权利要求31所述的微丝，其特征在于， 所述合金含有铬。
33. —种用于检测物体的温度的方法，包括如下步骤 放置温度传感器使其与所述物体热接触，所述传感器包括至少一个易磁化的传感器元件，该传感器元件在所加的交变磁场的影响下具有重新磁化响应，该重 新磁化响应在大约低于400。C的至少一个设置点温度之下和之上是不同的；在该传感器的区域中产生足够大的交变磁场，以引发该传感器元件的重新 磁化响应；以及检测传感器元件的重新磁化响应，并且使用检测到的响应至少部分地确定 该物体的温度是在设置点温度以上还是以下。
34. 如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述传感器具有多个易磁化的传感器元件，每一个传感器元件在所加的交变 磁场的影响下都具有不同的重新磁化响应，并且每一个重新磁化响应在不同的设置 点温度以下是不同的，并且使用不同的重新磁化响应来确定所述物体的温度。
35. 如权利要求33所述的方法，其特征在于，检测步骤包括如下步骤使用场接收线圈来检测重新磁化响应并产生与检测 到的重新磁化响应相对应的输出信号。
36. 如权利要求35所述的方法，还包括如下步骤 使用可操作地耦合到场接收线圈的信号处理单元，来接收输出信号并从中至少确定该物体的大约的温度。
37. 如权利要求34所述的方法，其特征在于，所述不同的设置点依次从最低的设置点或设置点范围到最高的设置点或设置 点范围。
38. 如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述传感器元件包括金属体，所述设置点温度就是所述金属体的居里温度。
39. 如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述传感器元件包括具有一居里温度的金属体，铁磁性的鞘位于该金属体旁 边，所述铁磁性的鞘的居里温度低于相邻的金属体的居里温度，所述方法还包括如 下步骤防止所述金属体的重新磁化响应，直到所述物体达到鞘的居里温度以上的一 温度或鞘的居里温度附近的某一固定的温度。
40. 如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述传感器元件包括具有一居里温度的金属体，铁磁性的鞘位于该金属体旁 边，所述铁磁性的鞘的居里温度低于相邻的金属体的居里温度，所述方法还包括如下步骤当所述物体的温度低于鞘的居里温度或低于接近于鞘的居里温度的某一温度 时，改变所述金属体的重新磁化响应。
41. 如权利要求33所述的方法，其特征在于，所述物体包括一对部件，这对部件被设计成彼此靠得很近以形成该物体，这对部件之一是可加热的，所述方法还包括如下步骤放置所述温度传感器使其与可加热的部件热接触，并且使另一个部件与磁场-响应数据元件关联起来，该磁场-响应数据元件与所述温度传感器有关，使得仅当 温度传感器和数据元件同时处于所产生的交变磁场中时才可能确定所述温度传感 器的正确的温度。
42. 如权利要求41所述的方法，其特征在于，所述数据部件包括至少一个微丝，所述微丝包括拉长的金属体，所述金属体 在所产生的交变磁场的影响下具有重新磁化响应，所述方法包括如下步骤检测所述数据元件的重新磁化响应以及所述温度传感器的重新磁化响应。
43. 如权利要求33所述的方法，其特征在于，在多个不同的设置点温度以上和以下，所述传感器元件具有多个重新磁化响 应，检测步骤包括如下步骤检测多个重新磁化响应中的至少一些；以及 使用检测到的重新磁化响应来确定该物体的温度。
44. 如权利要求43所述的方法，其特征在于， 所述多个不同的设置点温度是在传感器元件的居里温度以下。
45. 如权利要求43所述的方法，确定物体的温度的步骤还包括如下步骤在一温度范围中确定该温度。
46. —种组合，包括温度传感器，可用于检测物体的温度并且包括至少一个易磁化的传感器元 件，该传感器元件在所加的交变磁场的影响下具有重新磁化响应，所述重新磁化响 应在设置点温度以下和以上是不同的；以及检测器，它包括用于产生足够大的交变磁场以引起传感器元件的重新磁化 响应的设备以及用于检测所述重新磁化响应的设备。
47. 如权利要求46所述的组合，其特征在于，所述检测设备可用于产生与所述重新磁化响应有关的输出信号，所述检测器 包括耦合到所述检测设备的信号处理单元，用于接收所述输出信号并且从中至少确 定所述物体的大约的温度。
48. —种用于对物体进行加热的系统，包括温度传感器，所述温度传感器被设计成与所述物体热接触并且可用于检测 物体的温度，所述传感器包括至少一个易磁化的传感器元件，该传感器元件在所加 的交变磁场的影响下具有重新磁化响应，所述重新磁化响应在设置点温度以下和以 上是不同的；用于对所述物体进行加热的装置；检测器，它包括可用于产生交变磁场的设备以及可用于检测重新磁化响应 并产生与检测到的重新磁化响应有关的输出信号的设备；以及控制器，所述控制器耦合到检测器和加热装置并且可接收所述输出信号并 根据所述输出信号来控制加热装置的操作。
49. 如权利要求48所述的系统，其特征在于， 所述加热装置包括感应加热单元。
50. —种温度传感器，被配置成与物体热接触以便检测该物体的温度， 所述传感器包括至少一个金属体，所述至少一个金属体在所加的交变磁场的影响下具有重 新磁化响应，这种重新磁化响应由至少一个较短的可检测的磁场扰动脉冲来定义， 这种磁场扰动脉冲具有定义好的持续时间；以及在所述金属体旁边且具有一居里温度的铁磁性的鞘，所述鞘可用于防止或改变所述金属体的重新磁化响应，直到所述鞘达到一个接近于其居里温度的温度。
51. 如权利要求50所述的温度传感器，其特征在于，所述金属体是微丝的一部分。
52. 如权利要求50所述的温度传感器，其特征在于， 所述金属体是非晶的或纳米结晶的。
53. 如权利要求50所述的温度传感器，其特征在于， 所述鞘的居里温度大约低于400° C。
54. 如权利要求50所述的温度传感器，其特征在于， 所述铁磁性的鞘围绕着所述金属体。
55. 如权利要求50所述的温度传感器，其特征在于， 所述铁磁性的鞘被设置成至少部分地围绕着所述金属体且两者之间留有间隔。
56. 如权利要求50所述的温度传感器，其特征在于， 所述金属体的形式是拉长的丝或薄的条带，其最大横截面尺寸大约达到100纳米。
57. 如权利要求50所述的传感器，其特征在于，所述金属体是由选自下列的合金构成的基于铁的合金；基于钴的合金；以 及它们的混合物。
58. 如权利要求57所述的传感器，其特征在于，所述合金含有络。
59. 如权利要求50所述的传感器，其特征在于，所述金属体具有小于10 A/m的矫顽磁力、20,000以上的相对磁导率、基本上 为零或稍微为正值的磁致伸縮以及很大的巴克豪森不连续性。
60. 如权利要求50所述的传感器，还包括多个所述的温度传感器，并且 其中每一个传感器的铁磁鞘都具有不同的居里温度。
61. 如权利要求60所述的传感器，其特征在于，多个温度传感器的铁磁鞘具有不同的居里温度，这些不同的居里温度从最低 的居里温度到最高的居里温度连续排列着。
全文摘要
提供了小的低成本的无线温度传感器(26，64，96)以便检测物体(44)的温度。温度传感器(26，64，96)最好包括多个单独的易磁化的温度传感器元件(28-34，66，92)以及任选的磁场-响应数据元件(38，40，20)，适于粘贴到物体(44)上，或者适于粘贴到基板(82)上再转而粘贴到物体(44)上。温度传感器元件(28-34，66，92)最好具有磁体(22，70)，从而在所加的交变磁场的影响下呈现出重新磁化响应，这种重新磁化响应在设置点温度以下和以上是不同的，通常该设置点温度就是磁体(22)或相邻的鞘(74，94)的居里温度。温度传感器(26，64，96)可以与检测器(46)结合着使用，可用于产生足够大的交变磁场以引起温度传感器元件(28-34，66，92)和任选的数据元件(38，40，20)的重新磁化响应，检测这种响应，并且使用检测到的响应通过解码算法来确定物体(44)的温度。温度传感器(26，64，96)可以被用在闭环加热系统(98)中，这种系统能够控制物体(114)的加热。
文档编号G01K7/00GK101484785SQ200780024723
公开日2009年7月15日 申请日期2007年1月3日 优先权日2006年5月9日
发明者B·L·科罗西亚, E·T·阿贝特 申请人:热溶体股份有限公司